Analisis Distorsi Pentransmisian Sinyal Sinyal PCM ( Pulse Code Telepon Tet Tetap ap Yang Yang Berperilau Se!agai Modulation ) 30/32 Pada Saluran Telepon "P# (Low Pass Filter )$ )$ Sigit Kusmaryanto http:
[email protected] ABSTRAK
Dieta%ui !a%&a saluran telepon tetap !erupa a!el tem!aga mempunyai rugi rugi distorsi yang 'uup !esar ai!atnya ualitas sinyal yang melaluinya tentu aan tergantung dari arateristi saluran a!el$$ Pada penelitian ini di!a%as mengenai pengaru% arateristi saluran transmisi a!el tem!aga untu transmsis sinyal TDMPCM pada sistem omuniasi telepon tetap $ Saluran transmisi yang di!a%as dimodelan se!agai "o& Pass #ilter$ #ilter$ *asil dari analsis menun+uan, Pada PCM 30/32 se!ua% eranga pulsa aan di!agi dalam tiga pulu% dua timeslot dengan inisial ts0 sampai dengan ts3-$ Setiap timeslot memilii 3. -0 deti yang !erisi delapan !it PCM$ Besarnya redaman 'aap silang %asil penguuran se!esar 2 dB Semain e'il +umla% !it pengodean maa noise uantisasi semain !esa$ 1ilai Bit rror ate (B) untu transmisi suara se!esar -04 5 -06 Kata Kunci ,
PCM B edaman
1.1 Latar Belakang Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi telek eleko omuni unikasi asi yang ang ber berkaita aitan n dengan dengan sis sistem tem telepo telepon n dewasa dewasa ini sangatlah pesat. Misalnya perkembangan dari dial pulse ke dial tone tone (DTM (DTMF) F),, perk perkem emban banga gan n dari dari sentral analog ke sentral digital, dan perkembangan sistim transmisi dari analog ke digital. Pada ada sent sentrral digi digita tall siny sinyal al masuk masukanny annya a adalah adalah sinyal sinyal digita digital, l, sedangkan sinyal yang masuk adal adalah ah siny sinyal al anal analog og dari dari sent sentra rall anal analog og.. Deng Dengan an demi demiki kian an siny sinyal al anal analog og dari dari sent sentra rall anal analog og haru harus s diub diubah ah dahul ahulu u ke siny sinyal al digi digittal. al. Sinyal Sinyal digita digitall yang yang diguna digunakan kan pada pada sistem switching digital adalah sinyal PM (Pulse ode Modulation). Sinyal
PM PM dipe diperroleh oleh dari dari siny sinyal al anal analog og melalui ! proses, yaitu " • Sampling •
#uanti$ing
oding Pada sistem sistem telepon, telepon, saluran saluran transmisi yang digunakan bermacam%macam. Saluran transmisi dapat berupa kabel tembaga, serat optik, atau gelombang gelombang radio (wireles (wireless). s). Metoda Metoda yang umum digunakan dalam transmisi transmisi telepon telepon adalah TDM%PM. TDM%PM. Sehi Sehing ngga ga bent bentuk uk data data atau atau su suar ara a ditransmisikan dengan &orm ormat digital. Diketahui bahwa saluran tembaga aga mempunyai rugi rugi distorsi yang cukup besar akibatnya kualit alitas as siny sinyal al yang ang melal elalui uiny nya a tentunya akan akan terg ergant antung dari ari karakteristik saluran kabel. 'ntuk itu •
penting sekali untuk mengetahui bagaimana karakteristik sinyal digital yang ditransmisikan dengan saluran tembaga. Pada penulisan makalah ini akan dibahas mengenai pengaruh karakteristik saluran transmisi kabel tembaga pada sinyal TDM%PM. Saluran transmisi yang dibahas dimodelkan sebagai ow Pass Filter. 1.2 Rumusan Masalah Permasalahan%permasalahan yang perlu dirumuskan untuk akhirnya dapat menganalisa distorsi pentransmisian sinyal PM (Pulse Code Modulation) !*!+ dalam aplikasinya pada TDM (Time Division Multiplexing) yang berperilaku sebagai PF (Low Pass Filter ) pada saluran telepon adalah sebagai berikut" . -agaimana mengukur besaran sinyal%sinyal PM !*!+ +. -agaimana mengukur distorsi dari pentransmisian sinyal pada saluran transmisi !. -agaimana mengukur keluaran respon sinyal PM pada saluran transmisi dan berapa besar distorsinya /ika system dianggap ideal 0. -agaimana aplikasi PM (Pulse Code Modulation) !*!+ pada TDM (Time Division Multiplexing) yang berperilaku sebagai PF (Low Pass Filter ) 1. -agaimana mengukur distorsi pentransmisian sinyal PM (Pulse Code Modulation) !*!+ dalam aplikasinya pada TDM
(Time Division Multiplexing) yang berperilaku sebagai PF (Low Pass Filter ) pada saluran telepon tetap
1.3 Ruang Lingkup Pembahasan Dalam analisis ini perlu diketahui batasan%batasan permasalahan yang akan dibahas agar penelitian ini lebih terarah, lebih /elas, sederhana dan dapat mencapai tu/uan yang diinginkan, yaitu" . Pembangkitan sinyal PM yang dibahas adalah sistem PM !. +. Pemodelan sinyal PM !*!+ % TDM%P2M dengan menggunakan modul%modul percobaan yang tersedia di aboratorium Sistem Telekomunikasi. !. PF yang digunakan untuk pemodelan adalah PF akti&. 0. Simulasi rangkaian dipergunakan program 341.4
Tujuan Tu/uan dari penelitian ini adalah menganalisis distorsi pentransmisian sinyal PM (Pulse Code Modulation) !*!+ pada saluran telepon tetap yang berperilaku sebagai PF (Low Pass Filter ). 1.5 Pembahasan Pulse Code Modulation (PCM
Salah satu sinyal digital yang digunakan pada sistem switching digital dewasa ini adalah sinyal PM
(Pulse ode Modulation). Sinyal PM diperoleh dari sinyal analog melalui ! proses, yaitu " • Sampling •
#uanti$ing
oding Pada proses sampling sinyal analog disample secara periodik menurut tingkat amplitudonya oleh sebuah modulator amplitude dengan &rekuensi tertentu. 5eluaran dari modulator amplitudo adalah sinyal P2M (Pulse 2mplitude Modulation). 6n&ormasi yang terdapat pada sinyal asli tidak akan hilang /ika &rekuensi masukan (7) tidak lebih besar dari .1 &rekuensi sampling (&s). 8ika tidak memenuhi kriteria tersebut maka akan timbul &rekuensi%&rekuensi yang tidak diinginkan yang tidak terdapat pada sinyal asli sehingga sinyal asli tidak akan didapatkan kembali tanpa cacat. 9angguan semacam ini disebut dengan aliasing. 'ntuk itu sebelum proses sampling sinyal masukan terlebih dahulu harus melewati suatu PF (ow Pass Filter) sehingga sinyal masukan tidak terdapat &rekuensi yang lebih besar dari .1 &rekuensi sampling. Dalam hal ini lebar /alur yang digunakan dalam komunikasi telepon adalah !%!0 :$, sehingga &rekuensi sampling minimum adalah ;< :$. Sinyal P2M hasil dari sampling selan/utnya dikuantisasi sehingga mempunyai harga diskrit. Dalam proses kuantisasi, sinyal P2M dibagi dalam daerah batas harga amplitude sinyal dalam se/umlah inter=al •
kuantisasi. Pembagian ke dalam inter=al kuantisasi ini terbagi dalam dua cara " • 5uantisasi uni&orm yang membagi batas harga amplitudo dengan inter=al yang sama • 5uantisasi non%uni&orm yang membagi batas harga amplitude rendah dengan inter=al yang kecil sedangkan untuk amplitude tinggi dengan inter=al yang besar Dalam pelaksanaannya yang banyak digunakan adalah kuantisasi non%uni&orm, karena harga perbandingan antara sinyal masukan dan keluaran cukup konstan. Sebuah sinyal baru dibangkitkan dari proses kuantisasi dengan misalnya membuat suatu tingkat tegangan yang sesuai dengan tingakat titik tengah dari inter=al kuantisasi yang bersangkutan. :asilnya ialah sebuah bentuk gelombang yang bertingkat% tingkat mengikuti tinggi rendahnya sinyal P2M, dimana setiap tingkat disinkronkan dengan perioda sampling. Proses pengkodean (coding) terkait erat dengan kuantisasi. Padaproses ini dibangkitkn suatu angka kode biner (< digit binary kode) yang bersesuaian dengn tingkat kuantisasi yang akan dipancarkan untuk setiap selang waktu pengambilan sample. 2ngka biner ini akan ,mengandung
serentetan pulsa%pulsa satu dan nol dengan se/umlah log +> pulsa%pulsa didalam setiap angka (> adalah /umlah tingkat dalam seluruh daerah). Pada PM !*!+ sebuah kerangka pulsa akan dibagi dalam tiga puluh dua timeslot dengan inisial ts sampai dengan ts!. Setiap timeslot memiliki !,? @ %; detik, yang berisi delapan bit PM word. Semua selang waktu yang dimiliki oleh PM dapat digunakan sebagi saluran bicara kecuali selang waktu ts yang digunakan untuk keperluan sinkronisasi kerangka pulsa dan ts; yang digunakan untuk keperluan pensinyalan. Pada sebuah sentral telepon PM ! digunakn sebagai kanal pembicaraan yang hanya dialamatkan pada satu sentral telepon sa/a.
T!M" ( Time !i#isi$n Multilple "%%ess Metode akses banyak dikembangkan untuk dapat mengantisipasi kebutuhan kapasitas pada system komunikasi yang menggunakan gelombang radio yang semakin meningkat. Dalam pereancangan system akses banyak ini perlu dipertimbangkan bebagai aspek, diantaranya" • Strategi multiple@ing yang digunakan sehingga dengan spectrum radio yang tersedia, se/umlah pelanggan dapat diakses secara berkesinambungan.
Strategi penggunaan kanal yang disesuaikan dengan kebutuhan. Dalam /alur komunikasi biasanya satu titik /alur digunakan oleh banyak system dari satu pemancar atau penerima. -erdasarkan hal tersebut maka perlu dilakukan suatu pemisahan agar diantara sesama pengguna tidak saling mengganggu, teknik pemisahan ini dinamakan multiplexing. 5emampuan dari se/umlah besar stasiun pengguna dengan satu sarana komunikasi untuk saling berhubungan secara serentak disebut akses banyak. Terdapat beberapa teknik akses banyak, diantaranya" • FDM2, dimana seluruh pita &rekuensi dibagi dalam bagian% bagian &rekuensi yang lebih sempit dan setiap kanal dialokasikan untuk satu pemakai dan hanya digunakan oleh hanya satu pemakai selama komunikasi berlangsung. dimana seluruh • TDM2, pemakai mengakses seluruh pita secara bergantian menurut celah waktu tertentu. • DM2, dimana system pemancar atau penerima menduduki seluruh pita &rekuensi secara terus% menerus. Sinyal yang dipancarkan oleh setiap sistem dikodekan sedemikian rupa •
sehingga in&ormasi dari sistem tertentu hanya dapat diambil dan dideteksi oleh penerima yang telah disesuaikan dan mengerti kodenya. TDM2 (Time Division Multiplexing Access) merupakan teknik akses banyak yang membawa in&ormasi melalui kanal%kanal yang di/a/arkan berdasarkan waktu. Secara praktis, sistem ini dikombinasikan dengan FDM2 (Frequency Division Multiplexing Access) yang merupakan teknik akses banyak dengan basis pembagian &rekuensi, /adi satu kanal radio &rekuensi dengan lebar pita yang ditentukan berdasarkan FDM2 terdapat beberapa celah waktu yang ditentukan dengan TDM2. 2rsitektur sistem TDM2 ini berdasarkan &rekuensi pembawa tunggal yang di&ormat dalam bentuk transmisi digital yang disinkronisasikan dan dibagi dalam beberapa slot atau celah waktu. Setiap slot membawa bagian dari data dan mengandung in&ormasi yang dikirimkan. 6n&ormasi yang satu dengan yang lain, pada kanal yang sama mempunyai selisih waktu yang tetap. Secara umum sistem TDM2 mempunyai karakteristik" • Setiap &rekuensi radio pembawa dapat menyalurkan sirkit sebanyak < kanal dalam kondisi kecepatan penuh.
Pentransmisian dalam bentuk bagian%bagian kecil yang disebut burst • Pentransmisian secara dua arah yaitu dari sisi pengirim dan penerima. • ebar pita (bandwidt) pentransmisian yang cukup lebar sehingga dapat meningkatkan inter&erensi dan un/uk ker/a system multipat! • Sinkronisasi dilakukan dalam setiap burst • Penggunaan system multipleksing akan lebih menghemat biaya dari segi in&rastruktur. Sebagai hasil dari prosedur sampling sinyal, ter/adi selang waktu dimana tidak ada in&ormasi dipancarkan di kanal transmisi. 4aktu antara dua pulsa sampling dari satu sumber dapat digunakan untuk transmisi dari sumber yang lain. Dengan bantuan waktu, sampling sumber in&ormasi yang dikehendaki untuk ditransmisikan kita peroleh dengan menyisipkan sinyal di saluran transmisi. Penggunaan kanal secara rangkap dikenal sebagai multipleks pembagian waktu (Time Di=ision Multiple@ * TDM). Prinsip TDM dapat digambarkan sebagai dua buah saklar yang berputar. Saklar pada sisi pemancar disebut multiplekser. Saklar tersebut menghubungkan n sumber sinyal dengan kanal. Di akhir kanal transmisi ada sebuah saklar •
berputar, demultiplekser yang mendistribusikan cuplikan yang datang dari kanal ke n buah penerima. Tentunya semua 9ambar +.. Prinsip TDM dalam kasus P2M
a. b. c. d. e. &. g.
5eterangan gambar" Signal sources -and limiting 7lter Multiple@er Transmission channel Synchroni$ation clock Demultiple@er 6nterpolation low%pass 7lters saklar ber&ungsi secara sinkron (9ambar +.). Dengan kata lain, bila ter/adi in&ormasi sampai ke penerima yang salah disebut cakap silang kanal (channel cross talk). Putaran saklar multiplekser*demultiplekser menentukan bingkai pulsa. Perlu S - (t)
9ambar +.+ " 5on7gurasi kanal pada FDM saluran. Penangkapan spektrum kanal transmisi digambarkan dalam 9ambar +.+.
Terlihat bahwa semua n sumber memberikan e&ek serentak pada kanal, semua spektrum sinyal sn(&) ber&ungsi serentak. -ila salah satu sumber berbeda dari lainnya, maka spektrum yang bersesuaian tentunya berbeda dari lainnya. Dalam proses multipleks waktu, kanal digunakan S (7)
A (7) S - (7)
S n (7)
7 T 2
7 T n
S8 - (t)
7 T S 2 (t)
S8 2 (t)
C%annel
d
S n(t)
a
S 2 (7)
S8 n(t)
Clo' !
'
e
7
g
diketahui perbedaan antara multipleks &rekuensi dan multipleks waktu dalam spektrumnya. Dalam multipleks &rekuensi, n sumber berlainan disisipkan &rekuensi tapi dipancarkan serentak lewat kanal yang sama. ontoh praktis dari sistem FDM adalah pentransmisian sinyal telepon dengan memakai
7 g
7
pada seluruh lebar /alur, dengan pengulangan periodik subspektrum dari sampling sinyal di tiap kondisi. Terlihat n sumber sinyal yang berbeda disampling berurutan, penangkapan spektrum perubahan kanal dalam putaran terlihat dalam 9ambar +.!. PPM, PDM, dan PM bisa dipakai dalam proses TDM sebagai tambahan dalam proses P2M. PM adalah proses yang paling praktis, disini dikenalkan dengan sistem PM !*!+. Sistem PM !*!+ adalah sistem TDM yang digunakan secara komersial. Digunakan untuk
memancarkan ! kanal telepon dengan satu sinyal sinkron dan satu sinyal operator. Tiap kanal telepon memancarkan sinyal dalam /angkauan &rekuensi !%!0 :A. Sesuai Teorema Sampling, dikehendaki kecepatan sampling minimum, &p B +, &sma@ B ;,< k:$. 'ntuk alasan praktis, kecepatan sampling dipasang pada &p B < k:$, sehingga lereng curam ideal batas /alur 7lter tidak perlu ada. 2kibatnya bingkai pulsa mempunyai selang waktu Tp B *(&p) B +1 µs. Selama waktu ini !+ kanal semuanya disampling. Tiap sinyal dari semua kanal dikuantisasi dengan < bit (@+). S
-
A(7)
T ime t;t
-
7
S
n
A(7)
T ime t;t
n
7
9ambar +.! " 5on7gurasi kanal pada TDM 2(&) " FreCuency response o& the transmission channel
0 - 2 3
-4--6 -9-. 20
29 2.30 3-
0-23:46
9ambar +.0 " Pulse &rame o& the PM !*!+ Sehingga B &p . < . !+ bit harus dipancarkan tiap detik. 2liran in&ormasi PM !*!+ " B &p . < . !+ bit*dt B +0< Mbit*dt -ingkai pulsa dibagi men/adi !+ periode waktu yang sama (9ambar +.0). Periode dalam pergantian kedua sinyal pembawa, memerlukan sinyal alarm atau sinyal sinkronisasi untuk pembentukan bingkai. -agian %1 dan %! membawa sinyal telepon. -agian waktu ke ; khusus digunakan oleh sinyal operator. 5euntungan PM%TDM dibandingkan P2M%TDM adalah bahwa sinyal digital kurang terpengaruh oleh noise dan regenerasi sinyal. Low Pass Filter
ara ker/a low pass 7lter akti& pada 9ambar +.1 dapat diterangkan sebagai berikut" Pada &rekuensi rendah kapsitor tampak terbuka, dan rangkaian beker/a seperti penguat in=erting dengan penguatan tegangan E+*. 8ika &rekuensi
bertambah, reaktansi kapasiti& berkurang, menyebabkan penguatan tegangan turun (drop oG). 8ika &rekuensi mendekati tak terhingga, kapasitor men/adi seperti dihubung singkat dan penguatan tegangan mendekati nol. Sinyal output pada &rekuensi rendah seperti 9ambar +.;. 8ika &rekuensi mendekati &rekuensi kritis*sumbat, output turun !db. Dibawah &rekuensi ini, penguatan menurun (roll oG) pada kela/uan ideal sebesar +db per decade atau ;db per okta& (&actor dua perubahan dalam &rekuensi).
:asil analisis pengukuran
Sinyal masukan P2M modulator
Sinyal demodulasi pada keluaran demodulator P2M
9ambar +.; angkaian Low Pass Filter akti&
Sinyal demodulasi terdistorsi
Perhitungan redaman cakap silang " d
9ambar +.; espon keluaran rangkaian Low Pass Filter akti&
1.& "nalisis Pengukuran 'aluran paa transmsis PCM)T!M
=
20 log
Ao
'
Ao
dengan " 2o B amplitudo yang dikehendaki B mH 2oI B amplitudo yang tidak dikehendaki B + H
Maka " d B %+; d-
Sinyal Masukan PM modulator
Perhitungan Bit Error Rate (B*R >ilai -3 ditentukan untuk layanan voice adalah %1 E % sehingga besarnya bit yang diterima " -it yang salah B bit yang ditansmisikan @ -3 -it yang diterima B bit yang dikirim E bit yang salah -it yang salah B + Mb @ %1 B + bit -it yang diterima B + Mb E + bit B .???< Mbit 1.7 KESIMPULAN
.
Sinyal Terkuantisasi (< bit) +. !.
0.
>oise 5uantisasi (< bit) 1. ;.
.
>oise 5uantisasi (0 bit)
P2M adalah suatu proses modulasi dimana suatu sinyal analog dicuplik secara periodik untuk menghasilkan sederetan pulsa yang tingginya berubah%ubah sesuai dengan harga sinyal analog pada masukan. PM adalah suatu proses modulasi Proses pentransmisian PM meliputi" proses P2M, proses PM, proses pendemodulasian PM. Pada PM !*!+ sebuah kerangka pulsa akan dibagi dalam tiga puluh dua timeslot dengan inisial ts sampai dengan ts!. Setiap timeslot memiliki !,? @ %; detik, yang berisi delapan bit PM word. -esarnya redaman cakap silang hasil pengukuran sebesar %+; dSemakin kecil /umlah bit pengkodean maka noise kuantisasi semakin besar >ilai -it 3rror ate (-3) untuk transmisi suara sebesar %1 E %
Daftar Pustaka
JK -ellany, 8hon. ??. D"#"TAL T$L$P%&'( . ondon. 8hon 4illey L Sons J+K Freeman, oge. ??0. $F$$'C$ MA'*AL F& T$L$C&MM*'"CAT"&' $'#"'$$"'# ! >ew ork. 8hon 4illey L Sons J!K oddy%oolen, 5amal 6dris. ??. +&M*'"+A," $L$+T&'"+A -"L"D .. 8akarta. 3rlangga
J0K Saydam, 9au$ali. ??. P"',"P DA,A T$+'&L&#" -A"'#A' T$L$+&M*'"+A," . -andung . 2ngkasa J1K Suhana dan Sho/i, Shigeki.. ??0. /*+* P$#A'#A' T$+'"+ T$L$+&M*'"+A," . 8akarta. Pradnya Paramita J;K Hiswanathan, Traga and a/an. ??+. T$L$C&MM*'"CAT"&' ,0"TC%"'# ,(,T$M A'D '$T0&+ ! >ew Delhi. PrenticeE:all o& 6ndia.Pri=ite, imited
